DE532958C

DE532958C - Process for cooling gases

Info

Publication number: DE532958C
Application number: DEI31053D
Authority: DE
Original assignee: Imperial Chemical Industries Ltd
Current assignee: Imperial Chemical Industries Ltd
Priority date: 1926-04-30
Filing date: 1927-04-29
Publication date: 1931-09-08
Also published as: FR633570A

Description

Verfahren zum Kühlen von Gasen Die Erfindung schlägt ein neues Verfahren vor, um Gase, und zwar insbesondere hochkomprimierte Gase, wie sie bei der chemischen Synthese Verwendung finden, mittels an der die Gase einschließenden Wand herabfließender Flüssigkeit zu kühlen.Method for cooling gases The invention proposes a new method before to gases, and in particular highly compressed gases, such as those used in chemical Find synthesis use by means of flowing down the wall enclosing the gases To cool liquid.

Das neue Verfahren besteht darin, daß an der einen Seite einer glatten und senkrechten Trennwand die zu kühlenden Gase in wirbelnder Strömung aufwärts geführt und an der anderen Seite der glatten und senkrechten Trennwand als Kühlmittel eine so ergiebige Flüssigkeitsschicht abwärts entlang geführt wird, daß letztere, ohne ihren Zusammenhang zu verlieren, ihren Weg unter wirbelnden oder rollenden Bewegungen möglichst rasch zurücklegt. The new method is that on one side of a smooth and vertical partition wall the gases to be cooled in a swirling flow upwards and on the other side of the smooth and vertical partition wall as a coolant so rich a layer of liquid is passed downwards that the latter, without losing their context, their way under swirling or rolling Moves as quickly as possible.

Es handelt sich also beim Erfindungsgegenstande um eine neue Art der Berieselungskühlung. An und für sich ist die Berieselungskühlung seit langem bekannt. Bisher glaubte man jedoch, den Lauf des Kühlmittels an den Trennwänden, durch welche hindurch der Wärmeaustausch stattfinden sollte, dadurch möglichst vollkommen gestalten zu können, daß man mehr oder weniger regelmäßige und häufige Richtungswechsel herbeiführte. Das geschah im allgemeinen durch Umwege, wie Windungen u. dgl. J welche dem Kühlmittelwege aufgezwungen wurden, beispielsweise durch Wellen der Kühlfläche, durch übereinanderlegen von waagerechten Rohren, durch jalousieartige Gestaltung der Kühlfläche usw. The subject matter of the invention is therefore a new species the sprinkling cooling. In and of itself, sprinkling cooling has been around for a long time known. Until now, however, it was believed that the flow of coolant on the partition walls, through which the heat exchange should take place, as completely as possible to be able to design that one more or less regular and frequent changes of direction brought about. This was generally done through detours, such as turns and the like the coolant paths have been forced, for example by corrugation of the cooling surface, by laying horizontal pipes on top of each other, by means of a blind-like design the cooling surface, etc.

Hierbei ist aber bis jetzt außer acht gelassen worden, daß das Kühlmittel sich infolge seiner Schwerkraft an bestimmten Stellen anhäuft und an anderen Stellen einen sehr dünnen Film bildet oder überhaupt kaum benetzend wirkt. An den Anhäufungsstellen tropft dann vielfach das Kühlmittel ab und iibt dann selbstverständlich keine Kühlwirkung aus. Wo der Film zu dünn ist, kann natürlich auch die Kühlwirkung nur eine entsprechend geringe sein. Up to now, however, it has been disregarded that the coolant due to its gravity accumulates in certain places and in other places forms a very thin film or has hardly any wetting effect at all. At the accumulation points the coolant often drips off and then of course has no cooling effect the end. Where the film is too thin, the cooling effect can of course only be correspondingly be low.

Bei dieser älteren Art der Führung des Kühlmittels durch die Wärmeaustauschflächen kann mit Bezug auf die obenerwähnte ungleichmäßige Gestaltung des von der Kühlflüssigkeit gebildeten Films von einem »Wirbeln« oder » Überrollen « nicht gesprochen werden. In ausgeprägter Form traten jedenfalls diese Erscheinungen nicht auf, und die ungleichmäßige Verteilung des Kühlmittels über die Wärmeaustauschfläche ist nicht von Vorteil, sondern von Nachteil gewesen. Die Kühlwirkung hat sich bisher immer in gewissen, verhältnismäßig engen Grenzen gehalten. With this older way of guiding the coolant through the heat exchange surfaces can with reference to the above-mentioned uneven design of the cooling liquid formed film cannot be spoken of by a "whirling" or "rolling over". In any case, these phenomena did not appear in a pronounced form, and the uneven one Distribution of the coolant over the heat exchange surface is not an advantage, but has been a disadvantage. So far, the cooling effect has always been kept relatively narrow limits.

Die Erfindung hat nun erkannt und durch Versuche festgestellt, daß sich eine iiberraschende Steigerung der Kühlwirkung herbeiführen läßt, wenn man für die beiden Stoffe, zwischen denen der Wärmeaustausch stattfindet, die eingangs erwähnten Bedingungen erfüllt. Die zu kühlenden Gase sollen gemäß Erfindung an der einen Seite einer glatten und senkrechten Trennwand, also beispielsweise eines glatten und senkrecht stehenden Rohres, in wirbelnder Strömung aufwärts geführt werden. Gleichzeitig soll gemäß Erfindung an der anderen Seite der glatten und senkrechten Trennwand eine Flüssigkeitsschicht von bestimmter Ergiebigkeit abwärts fließen. Die Flüssigkeits- oder Kühlmittelmenge soll so groß sein, daß das Kühlmittel, ohne seinen Zusammenhang zu verlieren, seinen Weg unter wirbelnden oder überrollenden Bewegungen möglichst rasch zurücklegt. The invention has now recognized and established through experiments that result in a surprising increase in the cooling effect leaves, if for the two substances between which the heat exchange takes place, the conditions mentioned at the beginning met. The gases to be cooled should according to the invention on one side of a smooth and vertical partition, for example a smooth and vertical pipe, guided upwards in a swirling current will. At the same time according to the invention on the other side of the smooth and vertical Dividing wall a layer of liquid of a certain yield flow downwards. The amount of liquid or coolant should be so large that the coolant, without to lose its connection, its way under swirling or rolling over Moves as quickly as possible.

Hierbei ist der Flüssigkeitsfilm nirgends so dünn, daß der Wärmeaustausch an den dünnsten Stellen beeinträchtigt werden kann. The liquid film is nowhere so thin that the heat exchange can be affected in the thinnest places.

Andererseits entsteht an keiner Stelle ein Verlust an Kühlmittel durch Abtropfen o. dgl.On the other hand, there is no loss of coolant at any point Dripping or the like

Durch das Wirbeln oder Überrollen mischen sich schließlich die verschiedenen Kühlmittelschichten, von denen bei einem vollkommen homogenen Film infolge des Wärmeüberganges die innerste eine höhere Temperatur als die äußeren und die äußerste Schicht die niedrigste Temperatur haben würde, immer wieder so, daß nach jedem Überrollen oder Wirbeln das Kühlmittel die Trennwand wieder mit einer Temperatur benetzt, welche unter der Temperatur der innersten Schicht eines homogenen Films liegt.By whirling or rolling over, the different ones finally mix Coolant layers, of which a completely homogeneous film as a result of the heat transfer the innermost a higher temperature than the outer and the outermost layer the lowest temperature would have, again and again so that after each roll over or Whirl the coolant wets the partition again with a temperature which is below the temperature of the innermost layer of a homogeneous film.

Die Entstehung des Wirbelns oder Überrollens hängt von der Kühlmittelmenge ab, welche man der Wärmeaustauschfläche zuführt. Ist die Menge zu gering, so entsteht nur ein dünner Film, der sich langsam abwärts bewegt, eine unzusammenhängende oder stromähnliche Beschaffenheit hat und leicht abbricht oder einreißt. Die Erfindung verlangt daher eine bestimmte Ergiebigkeit der Kühlflüssigkeit, und zwar hängt die erforderliche Menge in erster Linie von der Beschaffenheit der Oberfläche der Trennwand zwischen Kühlgut und Kühlmittel ab. The formation of the vortex or rolling over depends on the amount of coolant which is fed to the heat exchange surface. If the amount is too small, it arises just a thin film moving slowly downward, a disjointed one or has a stream-like nature and easily breaks off or tears. The invention therefore requires a certain yield of the cooling liquid, and that depends amount required primarily on the nature of the surface of the partition between refrigerated goods and coolant.

Unter einer glatten Oberfläche im Sinne der vorliegenden Erfindung ist hier zunächst zu verstehen, daß dieselbe keine Wellen oder sonstigen künstlichen Vorsprünge besitzen soll. Andererseits ist es aber im Sinne der Erfindung auch günstig, wenn die Oberfläche möglichst wenig natürliche Unebenheiten besitzt, so daß außer der Adhäsion möglichst wenig andere Widerstände die Abwärtsbewegung des Kühlmittels beeinflussen.Under a smooth surface in the sense of the present invention is to be understood here first of all that it has no waves or other artificial ones Should have protrusions. On the other hand, it is also favorable in the context of the invention, if the surface has as few natural unevenness as possible, so that except the adhesion as little other resistance as possible the downward movement of the coolant influence.

Bei gewissen chemischen Verfahren hat sich beispielsweise herausgestellt, daß ein im ganzen sehr gleichmäßiger und sich vorteilhaft überrollender Film gewonnen wird, wenn minutlich auf den Zentimeter Rohrumfang oder Kühlflächenbreite mindestens 300 ccm Flüssigkeit herabrieseln. In the case of certain chemical processes, for example, it has been found that on the whole a very even and advantageously rolled-over film is obtained is, if minutely to the centimeter of pipe circumference or cooling surface width at least Drizzle down 300 cc of liquid.

Das neue Verfahren eignet sich mit großer Überlegenheit allgemein für die Kühlung von Gasen oder Dämpfen. Es ist aber ganz besonders zum Kühlen hochkomprimierter Gase oder Dämpfe geeignet, wie solche beispielsweise bei der Ammoniaksynthese, bei der Methanolsynthese oder überhaupt bei der Hochdruckhydrierung vorkommen. Im Vergleich mit den bisherigen Arbeitsweisen ist die Kühlwirkung nach dem neuen Verfahren geradezu eine rapide. Sie liefert beispielsweise bei der Ammoniaksynthese eine erheblich größere Ausbeute als bisher. The new method is generally suitable with great superiority for cooling gases or vapors. But it is more highly compressed, especially for cooling Suitable gases or vapors, such as those in ammonia synthesis, for example occur in methanol synthesis or in high-pressure hydrogenation at all. In comparison With the previous working methods, the cooling effect according to the new process is downright a rapid one. For example, it provides a considerable amount in the synthesis of ammonia greater yield than before.

Die beiliegende Zeichnung veranschaulicht zwei Ausführungsbeispiele von Vorrichtungen, mittels deren das neue Verfahren ausgeübt werden kann. The accompanying drawing illustrates two exemplary embodiments of devices by means of which the new method can be practiced.

In Abb. I dient als Trennwand zwischen dem Kühlgut und dem Kühlmittel ein einfaches, glattes und senkrecht stehendes Rohr 1. Es ist an seinem oberen Ende von einem Ringgefäß 2 umgeben, mittels dessen unter Zuhilfenahme eines engen, ringförmigen Ausfluß spaltes das Kühlmittel an die Außenfläche des Rohres I herangebracht wird. Ein ähnliches, aber dicht anschließendes Gefäß am unteren Ende des Rohres I sammelt die Kühlflüssigkeit, um dieselbe ableiten zu können. Die Gase oder Dämpfe werden so in das Rohr I eingeführt, daß sie dasselbe in der Richtung des eingetragenen Pfeiles in wirbelnder Strömung aufwärts durchziehen. In Fig. I serves as a partition between the refrigerated goods and the coolant a simple, smooth and vertical pipe 1. It is at its upper end surrounded by an annular vessel 2, by means of which with the aid of a narrow, annular Outflow gap the coolant is brought to the outer surface of the tube I. A similar, but tightly connected vessel at the lower end of the pipe I collects the coolant in order to be able to divert the same. The gases or vapors are so inserted into the tube I that they are the same in the direction of the entered Pull the arrow upwards in a swirling current.

In Abb. 2 ist eine Vorrichtung gezeigt, bei welcher zwei Trennwände benutzt werden. In Fig. 2 a device is shown in which two partition walls to be used.

In ein weiteres glattes und senkrecht stehendes Rohr I ist im engeres, ehensolches Rohr 8 eingebaut, und in den Mantelraum zwischen beiden Rohren werden die Gase oder Dämpfe durch seitliche oder auch durch anders gestellte Stutzen so eingeführt, daß sie in wirbelnder Strömung aufwärts, also in der Richtung der eingezeichneten Pfeile, an den inneren Flächen der Rohre 1 und 8 entlang ziehen.Another smooth and vertical pipe I is in the narrower, Ehens such pipe 8 installed, and in the shell space between the two pipes the gases or vapors through lateral or differently placed nozzles like this introduced that it is in a swirling current upwards, i.e. in the direction of the one shown Arrows, pull along the inner surfaces of tubes 1 and 8.

Am oberen Ende ist der Mantelraum zwischen I und 8 von einem ringförmigen Gefäß 2, 9 umgeben, welches mittels zweier schmaler Ringspalte das Kühlmittel an die Außenflächen I, 8 heranbringt. Am unteren Ende wird das Kühlmittel in geeigneter Weise aufgefangen. At the upper end, the jacket space between I and 8 is of an annular shape Surrounding vessel 2, 9, which is connected to the coolant by means of two narrow annular gaps the outer surfaces I, 8 brings up. At the lower end, the coolant is more appropriate Way caught.

Der wirbelnde und sich überrollende Flüssigkeitsfilm kann dem Einfluß der Atmosphäre ausgesetzt sein, so daß die Kühlwirkung weiterhin noch in der bekannten Weise durch Verdünstung gesteigert wird. Diese ist aber von untergeordneter Bedeutung, denn die überraschende Steigerung der Kühlwirkung beruht auf der durch die Erfindung gesicherten Wirkung des Wirbelns und Überrollens des Films. The swirling and rolling over liquid film can affect the influence be exposed to the atmosphere, so that the cooling effect still remains in the known Way is increased by evaporation. But this is of subordinate importance, because the surprising increase in the cooling effect is due to the the effect of swirling and rolling over the film ensured by the invention.

Bei Versuchen hat sich ergeben, daß 300 ccm Wasser je Minute und je Zentimeter Umfang der Außenfläche eines Stahlrohres von 6 cm Durchmesser und 3 m Länge, also eine Gesamtmenge von etwa 534 1 je Minute, eine sehr günstige Filmbildung im Sinne der Erfindung lieferte. Die Bewegung war über den größten Teil der Rohrlänge wirbelnd und überrollend. Die Erfindung ist aber an diese Zahlen nicht gebunden, denn es wurden auch noch bei 301 je Minute gute Ergebnisse erzielt. Tests have shown that 300 ccm of water per minute and per centimeter of circumference of the outer surface of a steel pipe with a diameter of 6 cm and 3 m in length, so a total of about 534 liters per minute, a very favorable film formation delivered within the meaning of the invention. The movement was over most of the pipe length whirling and rolling over. However, the invention is not tied to these numbers, because good results were achieved even at 301 per minute.

Claims

PATENTANSPRUCI Process to convert gases, for example highly compressed, Gases used in chemical synthesis by means of flowing liquid to cool, characterized in that the gases are in a swirling flow between smooth pipe walls leads upwards and on these smooth and vertical pipe walls allows such a rich layer of liquid to flow downwards that it makes its way under whirling or rolling movements without losing their context, if possible covers quickly.